整流器缺相的判定與保護(hù)

王永升

（中國(guó)石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東淄博255411）

整流器缺相的判定與保護(hù)

王永升

（中國(guó)石化股份有限公司齊魯分公司氯堿廠，山東淄博255411）

整流器的缺相保護(hù)一般都沒(méi)有設(shè)置，通過(guò)理論分析，提出了整流器缺相的的判定依據(jù)以及變相實(shí)現(xiàn)缺相保護(hù)的方法，使設(shè)備運(yùn)行在安全可控的范圍內(nèi)，避免次生事故，實(shí)現(xiàn)整流設(shè)備的長(zhǎng)、安、穩(wěn)運(yùn)行。

整流器；缺相；綜合保護(hù)器；微機(jī)保護(hù)

1 整流器缺相保護(hù)現(xiàn)狀

由于整流器缺相（整臂脈沖丟失）的判定信號(hào)比較難取，整流器自身的故障保護(hù)中一般都無(wú)此保護(hù)，既使有此功能，也只對(duì)自身發(fā)出脈沖的檢測(cè)，僅能保證整流器的控制、觸發(fā)系統(tǒng)的完好，而其發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)傳輸線到達(dá)整流柜的脈沖變壓器，再由脈沖變壓器輸出至可控硅，這一傳輸過(guò)程中一旦不暢（脈沖傳輸線的短路、開(kāi)路、接線端子虛接、脈沖變壓器故障等），就可造成整流橋臂的缺相運(yùn)行，輕則使供電電網(wǎng)中諧波含量增加、輸出直流電流不能達(dá)到整定值，嚴(yán)重的則導(dǎo)致金屬整流柜殼諧振、非故障相因電流的上升而發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致次生事故的發(fā)生。

2 整流器缺相的判定依據(jù)與保護(hù)方法

2.1 判定依據(jù)與計(jì)算

整流器正常運(yùn)行時(shí)，直流電流是十分平穩(wěn)的，一般波動(dòng)小于（±1）%，三相交流電電流值基本是相等的，它們之間的不平衡度幾乎為零。而整流器一旦缺相運(yùn)行，輸出的直流電流突然降低，三相交流電電流值的不平衡度就會(huì)變大（多數(shù)情況），根據(jù)直流電流突然降低和三相交流電電流值不平衡度的變化情況，就能判定整流器是否已經(jīng)缺相，這就是整流器缺相的判定依據(jù)。電槽負(fù)荷近似電勢(shì)與電阻的串聯(lián)，直流供電電壓與電流可看作同相位，據(jù)此來(lái)探討整流器的缺相保護(hù)問(wèn)題。在理論分析中，將實(shí)際的電解槽直流供電簡(jiǎn)化，見(jiàn)圖1。

圖1 電解槽直流供電簡(jiǎn)圖

三相全控橋整流，相電壓有效值為U2、線電壓的有效值為U2L，控制角α（通常，10°≦α≦30°），正常時(shí)，整流器的輸出電壓，電流Id正常=，正比于電壓。同樣，缺相時(shí)，各種情況下整流器輸出電流Id、及Iu、Iv、Iw中最大與最小值之間的數(shù)量比較，都可看作是各種情況下直流電壓的比較，故在下面的討論中，就各種情況下的輸出電壓的比較，作為相應(yīng)電流的比較。

（1）當(dāng)某一橋臂缺相時(shí)（如3#可控硅臂脈沖丟失），相應(yīng)的波形圖見(jiàn)圖2。

圖2 1個(gè)橋臂缺相時(shí)的波形圖

根據(jù)圖2可求得：

上式中，部分，就是圖2中含有▲的陰影部分。此整流電壓大部分時(shí)間較低，整流器不會(huì)有電流輸出，故計(jì)算電流時(shí)可以忽略，因此，

以上情況表明某一橋臂缺相時(shí)，整流器的輸出電流會(huì)突降1／3，同時(shí)，最大相的電流是最小相的1.5倍。

（2）當(dāng)某2橋臂缺相時(shí)（如3#、4#可控硅臂脈沖丟失），相應(yīng)的波形圖見(jiàn)圖3。

圖3 2個(gè)橋臂缺相時(shí)的波形圖

以上情況表明，當(dāng)2橋臂缺相時(shí)，整流器的輸出電流會(huì)突降1／2，而三相交流電流值幾乎相同。

（3）其他形式的某2橋臂缺相（同一極或同一相）時(shí)，整流器的輸出電壓與電流突變更大。至于整流器橋臂缺相更多的情況，現(xiàn)實(shí)中幾乎不會(huì)發(fā)生，故不再討論。

2.2 保護(hù)方法

整流器缺相運(yùn)行時(shí)，有時(shí)交流側(cè)的過(guò)流保護(hù)會(huì)動(dòng)作跳閘，此時(shí)故障顯示為過(guò)流，人們通常按引起過(guò)流的原因去分析、排查故障，往往耗費(fèi)很多時(shí)間、精力，忽略了整流器缺相也可造成過(guò)流這一事實(shí)。整流器缺相引起過(guò)流的過(guò)程是，一旦整流器缺相運(yùn)行，則整流器的輸出電壓就會(huì)降低，相應(yīng)的輸出直流電流就會(huì)降低。在正常運(yùn)行時(shí)整流器都是恒流控制，于是控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器的OLTC來(lái)增大用于整流的交流電壓，或者降低可控硅的觸發(fā)角的角度，以便增大輸出電壓、提高輸出電流，這一過(guò)程很快會(huì)使得變壓器因過(guò)流而動(dòng)作；而有時(shí)在缺相運(yùn)行時(shí)，過(guò)流保護(hù)等保護(hù)都未動(dòng)作，此時(shí)的故障現(xiàn)象是，整流器輸出電壓、電流降低。造成這一現(xiàn)象的原因是，整流器已經(jīng)運(yùn)行在變壓器的最大整流輸出電壓、觸發(fā)角已在最小，或雖未運(yùn)行在最大整流輸出電壓，但OLTC處于手動(dòng)狀態(tài)。為準(zhǔn)確判定出整流器的缺相，為故障處理贏得時(shí)間，減少次生事故，依據(jù)整流器缺相時(shí)的電流變化情況，可做如下保護(hù)。

（1）整流器控制系統(tǒng)一般都有后臺(tái)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，整流變壓器的三相交流電流值、整流器的電流輸出值都有采集和顯示，根據(jù)已經(jīng)采集來(lái)的三相電流值和整流器的電流輸出值，設(shè)定1個(gè)整流器輸出電流向下變化率的報(bào)警（或跳閘）限值，如每秒變化20%。雖然缺相時(shí)，最小的降幅也在1/3，但限值的選取既考慮這種情況，也要考慮微機(jī)的采樣周期及整流器的恒流調(diào)節(jié)，實(shí)際應(yīng)用中需綜合考慮。另外，缺相最有可能的是某一橋臂缺相，此時(shí)三相電流不平衡，也可按其差值設(shè)定報(bào)警（或跳閘）功能?？傊?，可根據(jù)缺相時(shí)的直流電流突變及相電流的突變與不平衡來(lái)靈活設(shè)置報(bào)警或/和跳閘。

（2）在整流系統(tǒng)的綜合保護(hù)器的選擇上，選擇有三相電流不平衡保護(hù)功能的保護(hù)器，這樣就可以設(shè)定不平衡時(shí)的報(bào)警與跳閘（整流器最有可能的某一橋臂缺相時(shí)的保護(hù)）。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）本文論述的是可控硅橋式整流，對(duì)于其他型式的整流，文中整流器缺相的判定依據(jù)與保護(hù)方法同樣適用，不同的是同樣的缺相，其整流器輸出電流突降的幅度不同、三相交流電流值不平衡度也發(fā)生了變化，設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)時(shí)，需根據(jù)實(shí)際的整流電路型式計(jì)算。

（2）本文論述的三相電流值是基于整流器的閥側(cè)繞組。如果信號(hào)取自整流變壓器的一次繞組，對(duì)于1個(gè)一次繞組、1個(gè)二次整流繞組結(jié)構(gòu)形式的變壓器是適用的，如果是其他形式，須將各整流相電流有效值換算到一次側(cè)。

（3）有時(shí)，整流柜內(nèi)大量元器件燒毀，一般認(rèn)為是過(guò)壓擊穿造成，很多情況下是橋臂缺相造成，尤其同向逆并聯(lián)的（因諧振而拉弧短路），故為了判定故障種類，微機(jī)中電流的采樣周期要短。

Open phase determination and protection of rectifier

WANG Yong-sheng
(Chlor-alkali Plant of Qilu Branch,SINOPEC,Zibo 255411,China)

The open phase protections of rectifier are generally not set nowadays,once running with open phase,secondary accidents will happen easily.Through theoretical analysis,the criterion of open phase of rectifier and a disguised method of achieving open phase protection were proposed,so that equipment operating in a safe and controllable range,to avoid secondary accidents,make rectifier equipment to achieve the long,safe,stable operation.

rectifier;open phase;composite protector;computer protection

TM461

B

1009－1785(2011)02-0009-03

2010-09-15